发电厂电气设备与运行

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1、发电厂电气设备及运行 第一章 电力系统概述 1.1电力系统的组成 1.2工厂供配电系统 1.3电能的质量指标 1.1电力系统的组成 n电能是现代人们生产和生活的重要能源，它属 于二次能源。 n发电厂将一次能源（如煤、油、水、风、太阳 能、原子能等）转换成电能，而电能的输送、 分配简单经济，便于控制、调节和测量，又易 于转化为其他形式的能（机械能、光能、热能 ），因此电能在现代工农业生产和整个国民经 济生活中得到广泛的运用。 n电力系统是由发电厂,电力网和电能用户组成的 一个发电,输电,变电配电和用电的整体 1.1.1电力系统 n电力系统 由不同类型的发电机，配电装置，输、配电线路， 升压及降压

2、变电所和用户组成一个整体，对电能进行 不间断的生产和分配。 nG 发电机 升压变压器 高压输电线 路 降压变压器高压配电 线路 降压变压器 低压配电线 路 35500kV 610kV 220/380V G 3.15500kV 电力系统送电过程示意图 1.1.1电力系统 G G G G G G G工厂总降 压变电所 车间变电所 35110k V线路 35110kV 地方电网 水电站 地区变电所 610Kv电网 大型水（核） 电站 220500kV超 高压输电线路 热电厂 220330Kv区 域电网 枢纽变电所 n220/380V 6.310.5kV 地区变电所 1.1.2 发电厂 n发电厂 发电

3、厂又称发电站，是将自然界蕴藏的各种一次 能源转换为电能（二次能源）的工厂。 发电厂按其所利用的能源不同，分为水力发电 厂、火力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、地 热发电厂、太阳能发电厂等等。 1.1.2发电厂 1、水力发电厂 通过拦河坝，使水位增高，开闸使水沿管从高处向下流入水轮机，利用位能推 动叶轮转动，发电。三峡水电站全景 1.1.2发电厂 n火力发电厂 简称为电厂或火电站，它利用燃料的化学能来生产电能，我国的火电厂 以燃煤为主。 1.1.2发电厂 n核能发电厂 通常称为核电站，它主要是利用原子核的裂变能来生产电能 。其生产过程与火 电厂基本相似，只是用核反应堆（俗称原子锅炉）代替了燃煤

4、锅炉，是少量的核 燃料代替了大量的煤炭。田湾核电站图 1.1.2发电厂 n风力发电厂 利用风力的动能来产生动电能，它建有在丰富的风力资源的地方。 达板城风力发电 1.1.2发电厂 n太阳能发电厂 利用太阳光能或太阳热能来产生电能。 1.1.2发电厂 n地热能发电厂 利用地球内部蕴藏的大量地热能产生电能。它建在有足够地热资源的地方 1.1.3 n电力网：由各种不同电压等级的输电线路和变电所组 成，是连接发电厂和用户的中间环节，起到输送、变 换和分配电能的作用。华北、东北、华中、华东、南 方和西北电网。 n变电站：变换电压和接受、分配电能的场所。分为升 压变电站和降压变电站两种。其中降压变电站又可

5、分 为地方降压变电站、企业降压变电站、车间变电站。 n配电所：只有受电和配电开关控制设备，而没有变压 器的场所。 n电能用户：包括工业、企业在内的所有用户（用电单 位） 1.2工厂供配电系统 n工厂供配电系统 从电力系统送来的中、高压电能在企业内部进行 变压和分配到各用电设备。 n构成： 工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变电站 、低压配电线路、用电设备等。 工厂的规模不同，供配电系统也不同。可分为大 中型工厂和中小型工厂，如图所示。 1.2. 1 大中型工厂供配电系统 n特点： n35110kV电源进线 n设总降压站（供10kV 设备） n设车间变电所（供低压 设备） （规模大、设备数量多

6、、容量大、有 中压设备。） n两级变电 1.2. 2 中小型工厂供配电系统 n特点： n10kV电源进线 n设配电所（供10kV设 备） n设车间变电所（供低 压设备） （规模小、中压设备数量少、主要 是低压设备） n 低压电源进线见书 （很少用） n一级变 电 1.3 额定电压与电能质量 n1.3.1 概念 n额定电压 是用电设备（电动机、白炽灯等）、发电机和变压器正常 工作时具有最好技术经济指标的电压。 n电网额定电压 n发电机额定电压 n变压器额定电压 n用电设备额定电压 远距离 近距离(10kV 及以下) 我国电网和电力设备的额定电压 一、同步发电机的基本工作原理 同步发电机是根据导体

7、切割磁力线感应电动势 这一基本原理工作的。因此，同步发电机应具有产生磁力 线的磁场和切割该磁场的导体。通常前者是转动的，称为 转子，后者是固定的，称为定子（或称电枢），定、转子 之间有气隙，如图所示。定子上有AX、BY、CZ三相定子 绕组，它们在空间是互差120电角度对称分布放置在定子 铁芯槽中，每相的结构参数都完全相同。转子具有p对磁 极，上面装有直流励磁的转子绕组，当直流电流通过电刷 和集电环流入转子绕组后，产生的主磁通由N极出来经过 气隙、定子铁芯，再经过气隙进入S极构成主磁路，如图 7-1中虚线所示（图中p1）。 第一节 同步发电机概述 同步电机的工作原理图 1一定子；2转子；3一滑环

8、 当发电机的转子由原动机驱动，以转速n按图示方向作恒速 旋转时，定子中三相绕组的导体依次切割气隙磁场，于是，三 相绕组便感应出各相大小相等、相位彼此相差120的交流电动 势。据图7-1所示转子的转向，若气隙磁通密度按正弦波分布 ，则三相绕组感应电动势波形如图7-2所示，相序为ABC 。交流电动势的频率f可这样确定：当转子为1对极时，转子旋 转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机 具有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当 转子的转速为每分n转时，则交变电动势的频率为 （71） 式中n转子的转速，r/min。 第一节 同步发电机概述 如果同步发电机作电动机运行，必须

9、在定子绕组加以三相交 流电源，电机内部便产生一个旋转磁场。这时转子绕组加直流 励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的方向 以相同的转速旋转，转子的转速仍由式（7-1）决定，即 （72） 由上两式可见，同步电机无论是作为发电机使用，还是作为 电动机使用，其转速和交流电频率之间都将保持严格不变的关 系，也就是说，电枢磁动势为一同步旋转的旋转磁动势，它与 转子同速同方向旋转，定子和转子磁动势之间保持相对静止并 产生恒定的电磁转矩。同步电机在恒定频率下的转速恒为同步 速度，是同步电机和感应电机的基本区别之一。 第一节 同步发电机概述 二、同步发电机的类型 n 同步发电机因用途不同，结构也相

10、差甚大，一般可按其原动机的 类别、本体结构和安装方式等进行分类。 n （1）按原动机的类别，同步发电机可分为汽轮发电机、水轮发电 机、燃气轮发电机及柴油发电机等。 n （2）按冷却介质，可分为空气冷却、氢气冷却和水冷却等。 n （3）按主轴安装方式，可分为卧式安装和立式安装等。 n （4）按本体结构，可分为旋转电枢式和旋转磁极式等。 n 同步发电机的结构，主要是由原动机的特性决定的。如汽轮发电 机，由于转速高达3000r/nun，故极对数少，转子采用一隐极式，卧 式安装；水轮发电机由于转速低（一般在500r/min以下）故其极对数 多，转子采用凸极式，立式安装。 第一节 同步发电机概述 三、同

11、步发电机的主要技术数据 n 为使发电机按设计技术条件运行，在发电机出厂时都在其铭 牌上标注出额定技术数据。 n这些额定技术数据主要有： n （1）额定容量（或额定功率）。额定容量是指发电机在设计 技术条件下运行时输出的视在功率，用kVA或MVA表示；额定 功率是指发电机输出的有功功率，用kW或MW表示。 n （2）额定定子电压。指发电机在设计技术条件下运行时，定 子绕组出线端的线电压，用kV表示。 n （3）额定定子电流。指发电机定子绕组出线的额定线电流， 单位为A。 n （4）额定功率因数。指发电机在额定功率下运行时，定子电 压和定子电流之间允许的相角差的余弦值，即额定功率因数。 第一节 同

12、步发电机概述 n（5）额定转速。指正常运行时发电机的转速，用r/min（每分钟 转数）表示。我国生产的汽轮发电机转速均3000r/min。 n（6）额定频率。我国电网的额定频率为50Hz（即每秒50周）。 n（7）额定励磁电压。指发电机励磁电流达到额定值时，额定出 力运行在稳定温度时的励磁电压。 n（8）额定励磁电流。指发电机在额定出力时，转子绕组通过的 励磁电流，用A或kA表示。 n（9）额定温度。指发电机在额定功率运转时的最高允许温度（ ）。 n（10）效率。指发电机输出与输入能量之比百分值，一般额定效 率在93%98之间。 第一节 同步发电机概述 第二节 同步发电机的基本构造 一、同步发

13、电机的基本构造 同步发电机的结构采用旋转磁极式，按转子磁极的 形状可分为隐极式和凸极式两种。一般隐极式结构在 汽轮发电机中采用，而凸极式结构则通常在水轮发电 机中采用，如图7-3所示。从图中可见，隐极式的气隙 是均匀的，转子呈圆柱形。凸极式的气隙是不均匀的 ，极弧底下气隙较小，极间部分较大。 第二节 同步发电机的基本构造 图7-3 同步发电机的类型 （a）隐极式；（b）凸极式 1一定子；2一隐极式转子；3一凸极式转子 第二节 同步发电机的基本构造 n 1定子 n 定子又称为电枢，主要由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖 等部件组成。，它是同步发电机用以产生三相交流电能，实现机 械能与电能转换的重要

14、部件。 n （1）定子铁芯。 n定子铁芯一般由厚0.5mm或0 . 35rnm两面涂有绝缘漆膜的 硅钢片叠成，沿轴向叠成多段形式，每段叠片厚为3060rnm。 各段叠片之间留有宽约l0mm的通风槽，以改善定子铁芯的散热 条件。当屋子铁芯外圆直径大于lm时，用扇形硅钢片拼成一个 整圆。为减少漏磁防止涡流引起过热，在定子铁芯的两端用非磁 性材料制成的压板将其夹紧，整个铁芯固定在定子机座上，如图 7-4所示。沿定子铁芯内圆表面的槽内放置三相定子绕组。 第二节 同步发电机的基本构造 图7-4定子铁芯压紧 （a）无磁性压板；（b）定子铁芯剖面 n （2）定子绕组。 n 汽轮发电机的定子绕组一般采用三相双

15、层叠绕组，构成定子 三相交流电路。 n为了减少绕组导体中集肤效应引起的附加损耗，导线由许多 相互绝缘的并联多股线组成，在槽内线圈的直线部分还应进行换 位。三相定子绕组对铁芯绝缘强度的要求，取决于电机额定电压 的高低。为了防止电晕，6.3kV及以上的定子绕组经绝缘处理后 还要涂以半导体漆。定子的每一槽内放置上、下两线圈边，并垫 以层间绝缘，线圈放入槽中，采用槽楔固定。为了能承受住因突 然短路产生的巨大电磁力而引起的端部变形，以及正常运行时不 致产生较大的振动，定子绕组端接部分需用线绳绑紧或压板夹紧 在非磁性钢做成的端箍上，如图7-5所示。 第二节 同步发电机的基本构造 n （3）机座。 n机座是

16、用来支撑和固定定子铁芯和端盖的，应有 足够的强度和刚度，机座与定子铁芯之间需要留有适 当的通风道，以利电机的冷却。 n此外，还有端盖、轴承、通风隔板等。 n2转子 n转子包括转子铁芯、励磁绕组、阻尼绕组、紧固 件和风扇等。它也是汽轮发电机的重要部件。 第二节 同步发电机的基本构造 第二节 同步发电机的基本构造 n（1）转子铁芯。 n转子铁芯应具有良好的导磁性能，并能承受很大 的离心力作用。隐极式的转子铁芯与转轴锻造成一体 ，一般所用材料是具有高强度和导磁性能良好的含铬 、镍和钼的合金钢。 n汽轮发电机的转子铁芯横剖面如图7-6所示。沿转 子铁芯外圆表面铣出槽，槽内放置直流励磁绕组。 n转子表面约占圆周长的三分之一不开槽，称大齿，即 主磁极。 n（2）励磁绕组。 n励磁绕组由矩形的绝缘扁铜线绕成同心式线圈， 两线圈边分别放置在大齿两侧所开出的槽内，所有线 圈串联组成励磁绕组，构成转子的直流电路。励磁绕 组引出的两个线端接在集电环上，并通过电刷与外电 路直流电源相连接。 n励磁绕组的各线